《计算科学导论》试题解答版1

广西大学课程考试试卷

（2008——2009学年度第一学期）

一、填空题：请在下面空格处填上正确的内容。（每个填空2分，共20分）

1．计算学科的定义：计算学科是对描述和变换信息的算法过程进行的系统研究，包括其理论、分析、设计、效率、实现和应用的系统的研究。

2．计算学科的根本问题是：什么能被有效地自动进行。

3．在计算机程序设计方法中，其核心问题是建立计算模型。

4．科学问题的方法论作用：（1）科学问题的裂变式作用；（2）科学问题的聚变式作用；（3）科学问题的激励作用。

5．现代电子数字计算机的工作原理可以概括为：“存储程序，顺序控制。

6．计算科学的三个学科形态是理论、抽象、设计。

7．计算科学的分支学科有构造性数学基础、计算的数学理论、计算机组成原理与设计、计算机应用基础、计算机基本应用技术、软件基础、软件开发方法学。

8．面向对象方法与结构化方法一样，其核心问题也是。

9．如果存在非确定性图灵机可计算得多项式时间复杂性算法，就把这类问题归入NP 类问题。

10．公理系统需要满足的3个条件：①无矛盾性；②独立性；③完备性。

二、判断下面各题的正误，正确的写“√”，错误的写“×”。（每小题2分，共20分）

1．专家们认为：计算机科学和计算机工程之间在本质上没有区别，只不过，计算机科学侧重抽象和理论，计算机工程侧重抽象和设计，两者是一回事。（T ）2．根据图灵的观点可以得到这样的结论：凡是能用算法方法解决的问题，也一定能用图灵机所解决；反之则不一定，即图灵机解决不了的问题，而算法却有可能解决。（ F ）3．软件和计算机硬件一起构成一个完整的计算机系统。（T ）

4．梵天塔问题中，需要移动的盘子次数为h(n)=2n-1，则该问题的算法时间复杂度表示为 (2n)。（T ）

5．一般来说，在计算领域中认识指的是抽象过程（感性认识）和理论过程（理性认识），实践指的是学科中的设计过程。（T ）

6．冯·诺依曼型计算机体系结构的思想属于计算学科理论形态的内容。（）7．评价一个算法的复杂度主要是用算法时间复杂度来衡量的。（ F ）

8．由系统程序员编写的程序属于系统软件。（）9．西尔勒的“中文屋子”从功能的角度来判定机器能否思维，标志着现代机器思维问题讨论的开始。（T ）

10．计算科学的发展与其他科学紧密相关，因此也必然受制于其他科学技术的发展。

（T ）三、简答题：请简单回答或做出以下题目。（每题7分，共28分）

1．什么是计算机学科的基本问题？什么是计算机学科的发展主线？

1）计算的平台和环境问题（计算模型问题）

2）计算过程的能行操作和效率问题（算法问题）

3）计算的正确性问题（语义学问题）;

围绕着学科基本问题而展开的大量具体研究，形成学科发展的主流方向与学科发展主线和学科自身的知识组织结构。

2．为什么说数理逻辑和代数是计算科学的主要基础？

1）首先，从计算模型和可计算性的研究来看，可计算函数和可计算谓词（一种能够能行判定其真值的断言或逻辑公式）是等价的，相互之间可以转化。这就是说，计算可以用函数演算来表达，也可以用逻辑系统来表达。作为计算模型可以计算的函数恰好与可计算谓词是等价的，而且，数理逻辑本身的研究也广泛使用代数方法，同时，逻辑系统又能通过自身的无矛盾性保证这样一种计算模型是合理的。由此可见，作为一种数学形式系统，图林机及其与它等价的计算模型的逻辑基础是坚实的。

2）实际计算机的设计与制造中，使用数字逻辑技术实现计算机的各种运算的理论基础是代数和布尔代数。布尔代数只是在形式演算方面使用了代数的方法，其内容的实质仍然是逻辑。依靠代数操作实现的指令系统具有（原始）递归性，而数字逻辑技术和集成电路技术只是计算机系统的一种产品的技术形式。

3）从计算机程序设计语言方面考察，语言的理论基础是形式语言、自动机与形式语义学。而形式语言、自动机和形式语义学所采用的主要研究思想和方法来源于数理逻辑和代数。程序设计语言中的许多机制和方法，如子程序调用中的参数代换、赋值等都出自数理逻辑的方法。此外，在语言的语义研究中，四种语义方法最终可归结为代数和逻辑的方法。这就是说，数理逻辑和代数为语言学提供了方法论的基础。

4）在计算机体系结构的研究中，象容错计算机系统、Transputer计算机、阵列式向量计算机、可变结构的计算机系统结构及其计算模型等都直接或间接与逻辑与代数密不可分。如容错计算机的重要基础之一是多值逻辑，Transputer计算机的理论基础是CSP理论，阵列式向量计算机必须以向量运算为基础，可变结构的计算机系统结构及其计算模型主要采用逻辑与代数的方法。

5）从计算机各种应用的程序设计方面考察，任何一个可在存储程序式电子数字计算机上运行的程序，其对应的计算方法首先都必须是构造性的，数据表示必须离散化，计算操作必须使用逻辑或代数的方法进行，这些，都应体现在算法和程序之中。此外，到现在为止，程序的语义及其正确性的理论基础仍然是数理逻辑，或进一步的模型论。

6）高等代数和一般抽象代数只解决了个体对象为简单个体的论域上的大量运算问题，但是对具有结构特征和属性成分的复杂个体的论域上的运算问题，表达和处理是不方便的，常常是有困难的。针对这类对象的运算操作及其正确性等语义学问题，有必要发展泛代数和高阶逻辑理论。

3．计算科学分支科学有哪些？请简单给出这些分支涵盖的内容。

136页算法理论，程序设计方法学，程序设计语言的语义学，进程代数与分布式事件代数，程序测试技术，电路测试技术，软件工程技术，计算语言学，容错理论与技术，Petri网理论，CSP理论，CCS理论，分布式网络协议等。

4. 请介绍电子数字计算机的组成部分。画出电子数字计算机系统的简单结构图。

由存储器、处理器、功能部件、互联网络、汇编程序、编译程序、操作系统、外部设备、通信通道等内容组合而成的。